大型自由锻造液压机的技术特点分析

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摘要：文章主要基于我国国内大型自由锻造液压机的技术特点，对国内在建的万吨级自由锻造液压机的电气技术、主机结构等进行详细的分析，分析并对比了不同结构的组成和基本特点，为进一步提高对大型自由锻造液压机的认识提供了详细的条件。

关键词：大型液压机；自由锻造液压机；技术特点

中图分类号：TG315 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）04-0054-02

大型自由锻造液压机作为我国大型锻件在自由锻造过程中的重要设备，由于我国在大型自由锻造液压机技术方面发展较晚，所以其制约着我国在冶金、化工、电力、船舶、航空航天等行业的发展。因此，各行各业逐渐将其工作目标转向大型自由锻造液压机。据相关部门的统计，目前国内已投产的大型自由锻造液压机有十数余台，在建造的仍有十数余台，占世界大型自由锻造液压机总数的五分之二。本文主要针对大型自由锻造液压机的技术特点进行分析。

1 大型自由锻造液压机的技术特点

在我国国内最早的大型自由锻造液压机要追溯到上世纪，传统的大型自由锻造液压机属于泵-蓄势器传动水压机，对于现阶段的大型自由锻造液压机其基本技术特点具有以下三个方面：

1.1 电气技术

现有的大型自由锻造液压机的电气系统在一定程度上都是采用PLC进行控制，具有相关的人机交互界面，这个人机交互界面通常是由工控机担任，还有承担工业现场的主控制器的作用。大型自由锻造液压机的操作机和锻造液压机同样是具备PLC控制单元，此外操作机和锻造液压机的控制单元是相互独立的。然后操作机和锻造液压机通过高速数据总线进行数据交互，实时的采集相关数据，如：滑块位置、温度、锻造压力等，这就在一定程度上实现了对各种设备的统领控制，此外还具有单独控制功能。对于一般性的操作机和锻造液压机通常情况下共用一个单独的操作控制台，这就仅仅需要一个操作员进行单独操作即可。电控设备的主泵驱动一般情况下采用10千伏的高压电机，有时候同样采用6千伏的高压电机。

1.2 主机技术

主机的结构：大型自由锻造液压机的主机，一般情况下按照立柱的数量进行划分，具有四柱和双柱两种基本的形式，在四柱式自由锻造液压机中又可以分为多拉杆和单拉杆。在过去的结构设计形式中，四柱的自由锻造液压机成为设计的主流，其具有结构稳定、安全可靠的基本性能特点，但是现阶段的大型自由锻造液压机以双柱压机为主，这种设计具有视野开阔、操作空间大等特点。双柱式自由锻造液压机在中小型自由锻造液压机中成为了主流，但是大型自由锻造液压机仍然以四柱形式为主，主要是基于结构稳定考虑。从目前市场上所出现的大型自由锻造液压机来看，四柱的仅仅能达到165MN级别，而双柱的早已经达到185MN级别了。

目前在建的所有大型自由锻造液压机主要是以全预应力框架结构设计而成，这保证了其基本受力特定为在偏载受力情况下将复杂的受力状态改为拉杆受拉应力，立柱受偏载力的单一承载，这就最大限度的提高了整体机架的寿命和刚度，这是现阶段的大型自由锻造液压机与过去的泵-蓄势器传动水压机最大的改进之处。

在国内现阶段的出现的万吨级大型自由锻造液压机均采用等径三缸上推式结构形式，这种形式在使用的过程中，容易出现油液泄漏事件，导致不必要的事故发生，因此必须保证其在运行过程中的防护措施。中小型的自由锻造液压机在设计过程中通常采用下拉式缸体结构形式，将缸体以正装形式“悬挂”在下横梁上，这就在很大程度上避免了不必要的火灾发生，但是这种设计形式往往仅适用于中小型自由锻造液压机结构，因为相较于大型自由锻造液压机在建造过程中小型自由锻造液压机在地基建造的过程中，并不需要太深的地基，从而减少了大量的开支，在国内外的大型自由锻造液压机中大多数都没有采取下拉式缸体结构形式，仅仅有大约十分之一的万吨级大型自由锻造液压机采用下拉式缸体结构的形式。

大型自由锻造液压机的活动横梁可以根据其结构形式分为整体结构模型和组合式结构模型，对于后者在形式上分为导向座和活动横梁本身，这种形式的优点在于可以将大型自由锻造液压机的基本框架在不解体的情况下将梁体成功取出，从而在一定程度上减少安装时间和难度。

1.3 液压技术

对于传统的泵-蓄势器传动水压机技术，这种技术一直处于恒压的情况下进行运动，这种工作模式下工作速度受到锻件变形抗力的影响；而现阶段生产的大型自由锻造液压机基本上处于恒流量传动模式，与锻件变形抗力没有关系，泵直接传动的压机速度与泵的数量有直接关系，现阶段的大型自由锻造液压机优点就在于其速度一直保持在恒定的值，这就使得锻件在锻造过程中精度得到了保证，相较于泵-蓄势器传动水压机而言其精度方面得到了大幅度提高，对于这两种机器的锻造性能和基本特点，又可以将其分为水压机和油压机。现阶段的大型自由锻造液压机属于油压机，相对而言具有低能耗、高精度、低投入和高寿命的特点，这是现阶段全球大型自由锻造液压机发展的主要方向。对于油压机而言，液压控制系统可分为泵控系统和阀控系统，目前市场上几乎所有的大型自由锻造液压机都采用这两种控制方式。泵控系统主要用于油品精度高、效率高、功率大的工作场合。泵控系统的代表为德国威普克—潘克的正弦驱动系统，通过控制油泵实现对油缸运动方向和运动速度的控制并可无级变速。阀控系统具有高精度和高频响的特点，现阶段大多数液压机采用阀控系统，其通过电液伺服阀控制油缸的运动方向，并同时控制油泵输出的油液的流量大小来控制油缸的运动速度。

目前我国国内的泵控系统相对国外而言较为薄弱，市场上所流行的泵控系统主要是德国和法国的泵控系统，对于现阶段大型自由锻造液压机的泵控系统而言，只有德国生产的泵控系统符合我国现阶段对大型锻件的要求。

2 大型自由锻造液压机的控制特点

大型自由锻造液压机其工作特点决定了它在工作过程中工作压力高、而且转向较为频繁，这就使得我们必须对自由锻造液压机进行一种更加精确、平稳的控制。在过去我们常见的自由锻造液压机控制方式中，很难达到我们对于自由锻造液压机的控制要求。众所周知，速度和平稳度向来是呈反比的，不论采取任何方式一味的追求速度就必定会对其平稳性造成较大的影响。反之，一味的追求平稳就必定会对其速度造成影响。因此而言，我们需要寻求其中的平衡点，这个平衡点需要我们要有合适的控制策略。

3 大型自由锻造液压机发展趋势

我们可以从相关数据看出，无论从万吨级自由锻造液压机的数量或规格来看，我国已成为世界拥有最多数量、最大吨位重型自由锻压设备的国家。国内万吨级自由锻造液压机和全液压锻造操作机的设计成套能力已达国际先进水平。随着自由锻造液压机向智能化、精细化和程序化方向发展，我国现阶段的首要任务是：在设计和制作的过程中更多的考虑其安全性能、其次加强液压机的泵控系统设计、最后在设计的过程中进一步提高设计的速度和精度。

参考文献

[1] 高峰，郭为忠，宋清玉.重型制造装备国内外研究与发展[J].机械工程学报，2010，（19）：92-107.

作者简介：徐响（1987—），男，江苏徐州人，江苏省徐州市特种锻压机床厂助理工程师，主管设计师，研究方向：液压机设计与锻压工艺。